RU175936U1 - Суперконденсатор - Google Patents

Суперконденсатор Download PDF

Info

Publication number
RU175936U1
RU175936U1 RU2017119144U RU2017119144U RU175936U1 RU 175936 U1 RU175936 U1 RU 175936U1 RU 2017119144 U RU2017119144 U RU 2017119144U RU 2017119144 U RU2017119144 U RU 2017119144U RU 175936 U1 RU175936 U1 RU 175936U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
supercapacitor
conductive additive
carbon
electrodes
binder
Prior art date
Application number
RU2017119144U
Other languages
English (en)
Inventor
Максим Викторович Попов
Александр Георгиевич Баннов
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Priority to RU2017119144U priority Critical patent/RU175936U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU175936U1 publication Critical patent/RU175936U1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32Carbon-based
    • H01G11/34Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/042Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и электрохимии, а именно к суперконденсатору с неорганическим жидким электролитом, который может быть использован в различных устройствах в качестве источника питания, благодаря накопленному в нем электрическому заряду. Суперконденсатор состоит из корпуса, в котором размещена, по меньшей мере, одна секция электродов, пропитанных электролитом и разделенных ионопроницаемым сепаратором, при этом электроды выполнены из материала, включающего алюминиевую ленту с нанесенной активной углеродной основой, состоящей из смеси активного угля, электронопроводящей добавки и полимерного связующего при следующем соотношении, мас.%: активный уголь 70-90, электропроводящая добавка 5-20, связующее 5-10, отличающийся тем, что электропроводящая добавка состоит из нановолокнистого углерода, а в качестве активного угля использован терморасширенный графит. Технический результат - повышение удельной электрической емкости суперконденсатора.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и электрохимии, а именно к суперконденсатору с неорганическим жидким электролитом, который может быть использован в различных устройствах в качестве источника питания, благодаря накопленному в нем электрическому заряду.
В суперконденсаторах, основанных на емкости двойного электрического слоя, суммарная емкость возрастает с увеличением удельной поверхности материала электрода за счет уменьшения размеров пор и увеличения площади межфазной поверхности.
Материалами электродов для данного типа суперконденсаторов являются различные углеродные материалы, например, такие как углеродные нанотрубки, технический углерод, пористый графит, активированный уголь и другие. Активное развитие технологий получения новых углеродных материалов с развитой удельной поверхностью и высокой пористостью позволяет успешно применять их в качестве электродного материала суперконденсатора.
Известен суперконденсатор (Патент РФ №2528010 от 10.09.2014 г.), который содержит два электрода и размещенный между ними диэлектрический слой, при этом нижний электрод выполнен из материала с большой удельной площадью поверхности, диэлектрический слой конформно и однородно расположен на нижнем электроде, верхний электрод конформно и однородно расположен на диэлектрическом слое и выполнен из оксида цинка, легированного алюминием, при этом диэлектрический слой выполнен из многокомпонентного оксида, содержащего смесь по меньшей мере двух оксидов, выбранных из ряда TiO2, HfO3, ZrO2, Al2O3, Ta2O5, Nb2 О5, Y2O3 и оксидов элементов из группы лантаноидов.
Однако существенным недостатком этого суперконденсатора является его низкая удельная емкость.
Известен суперконденсатор большой мощности на двойном электрическом слое, состоящий из спрессованных в единый блок поляризуемых электродов, включающих металлизированную активную углеродную основу, сепаратор и электролит на водной основе, размещенные в корпусе. В качестве активной углеродной основы использованы углеродные волокна с совершенной гексагональной кристаллической структурой графита и упорядоченной системой внутренних пор с характерными двойными ямами адиабатического потенциала, поверхность волокон непосредственно покрыта тонкими проводящими металлическими пленками путем осаждения из газовой фазы без использования связующего вещества (Патент РФ №2098879 от 10.12.1997).
Недостатком этого известного суперконденсатора является низкая механическая прочность электродов, создающая проблему сохранения их целостности и усложняющая сборку блоков. Кроме того, ограничиваются технические возможности по конструированию блоков и использованием электролитов на водной основе, а также низкая удельная емкость данного суперконденсатора.
Также известен суперконденсатор (Патент РФ №2427052 от 20.08.2011 г.), который является прототипом, который состоит из корпуса, в котором размещена, по меньшей мере, одна секция электродов, пропитанных электролитом и разделенных ионопроницаемым сепаратором, при этом электроды выполнены из материала, включающего алюминиевую ленту с нанесенной активной углеродной основой, состоящей из смеси активного угля, электронопроводящей добавки и полимерного связующего при следующем соотношении, мас.%: активный уголь 70-90, электронопроводящая добавка 5-20, полимерное связующее 5-10, а электронопроводящая добавка состоит из многостенных углеродных нанотрубок и/или технического углерода.
Однако в указанном суперконденсаторе имеется недостаток, заключающийся в использовании дорогостоящих многостенных углеродных нанотрубок, а также в использовании большого количества связующего материала, что может ухудшать прочностные характеристики электрода, при этом использование большего количества связующего приводит к соответствующему снижению количества углеродного материала, содержащегося в электроде. Сокращение количества присутствующего в электроде активированного углерода впоследствии уменьшает удельную электрическую емкость суперконденсатора.
Задачей (техническим результатом) предлагаемой полезной модели является повышение удельной электрической емкости суперконденсатора.
Задача достигается тем, что суперконденсатор состоит из корпуса, в котором размещена, по меньшей мере, одна секция электродов, пропитанных электролитом и разделенных ионопроницаемым сепаратором, при этом электроды выполнены из материала, включающего алюминиевую ленту с нанесенной активной углеродной основой, состоящей из смеси активного угля, электронопроводящей добавки и полимерного связующего при следующем соотношении, мас.%: активный уголь 70-90, электропроводящая добавка 5-20, связующее 5-10, где электропроводящая добавка состоит из нановолокнистого углерода, а в качестве активного угля использован терморасширенный графит.
На чертеже приведен суперконденсатор, который состоит из корпуса (1), в котором размещена, по меньшей мере, одна секция электродов (2), выполненных из алюминиевой ленты (3) и активной углеродной основы (4), пропитанных электролитом (5) и разделенных ионопроницаемым сепаратором (6).
Суперконденсатор работает следующим образом. При включении в цепь питания под действием электрического тока на электродах (2) суперконденсатора, которые находятся внутри корпуса (1) суперконденсатора, происходит накопление заряда. Активная углеродная основа (4), состоящая из смеси активного угля, электроповодящей добавки и связующего, может быть сформована в виде ленты путем прессованием с алюминиевой фольгой (3).
В качестве активного угля может применяться терморасширенный графит, морфология которого напоминает графитовую структуру с отчетливо заметным пористым скелетом. Текстурные характеристики следующие: удельная поверхность от 150 до 700 м2/г, удельный объем пор составляет 0,18-0,31 см3/г.
В качестве электропроводящей добавки можно использовать нановолокнистый углерод (НВУ) с диаметром волокон от 5 до 200 нм, и длиной до 1-10 мкм. Морфология НВУ разнообразна и отличается расположением графеновых слоев относительно оси волокна. НВУ может иметь следующие текстурные характеристики: удельная поверхность от 80 до 400 м2/г, удельный объем пор составляет от 0,1 до 0,4 см3/г.
В качестве электролита (5) может выступать водный, твердый или кристаллический раствор щелочи либо кислоты, который пропитывает активную углеродную основу, обеспечивая появление носителей заряда с последующим его накоплением.
В качестве связующего активного угля и электроповодящей добавки может быть применено вазелиновое масло, поливиниловый спирт или каучуки.
Чтобы недопустить короткого замыкания электродов, а также в качестве ионопроводящего материала между электродами суперконденсатора в корпусе устанавливается ионопроводящий сепаратор (6).
При отключении источника питания и подсоединении нагрузки происходит обратное перераспределение заряда, при этом если электроды соединить с источником нагрузки, то будет происходить процесс разрядки суперконденсатора, т.е. доставка электрического заряда до источника нагрузки, например, электролампочики.
Таким образом, используют в качестве активной углеродной основы, состоящей из смеси активного угля и электропроводящей добавки, где в качестве активного угля выступает терморасширенный графит с обозначенными характеристиками, а в качестве электропроводящей добавки - нановолокнистый углерод с обозначенными характеристиками, достигается поставленная задача, а именно увеличением удельной емкости суперконденсатора.
Пример 1. Активную углеродную массу, состоящую из терморасширенного графита (90 мас.%) и вазелинового масла (10 мас.%), перемешивали до пастообразного состояния в течение 5 мин при 1000 об/мин при температуре 20°С. После уплотнения и раскатки до 150 мкм, активную массу наносили на электрод площадью 10 см2. В качестве электролита использовали раствор 3,5 М H2SO4. Полученный суперконденсатор обладает удельной емкостью электродного материала 90-100 Ф/г.
Пример 2. Активную углеродную массу, состоящую из терморасширенного графита (70-80 мас.%), НВУ (20-10 мас.%) и вазелинового масла (10 мас.%), перемешивали до пастообразного состояния в течение 5 мин при 1000 об/мин при температуре 20°С.После уплотнения и раскатки до 150 мкм, активную массу наносили на электрод площадью 10 см2. В качестве электролита использовали раствор 3,5 М H2SO4. Полученный суперконденсатор обладает удельной емкостью электродного материала 100-120 Ф/г.
Пример 3. Активную углеродную массу, состоящую из терморасширенного графита (70-90 мас.%), НВУ (20-5 мас.%) и вазелинового масла (5 мас.%), перемешивали до пастообразного состояния в течение 5 мин при 1000 об/мин при температуре 20°С. После уплотнения и раскатки до 150 мкм, активную массу наносили на электрод площадью 10 см2. В качестве электролита использовали раствор 3,5 М H2SO4. Полученный суперконденсатор обладает удельной емкостью электродного материала 125-160 Ф/г.

Claims (1)

  1. Суперконденсатор, состоящий из корпуса, в котором размещена, по меньшей мере, одна секция электродов, пропитанных электролитом и разделенных ионопроницаемым сепаратором, при этом электроды выполнены из материала, включающего алюминиевую ленту с нанесенной активной углеродной основой, состоящей из смеси активного угля, электронопроводящей добавки и полимерного связующего при следующем соотношении, мас.%: активный уголь 70-90, электропроводящая добавка 5-20, связующее 5-10, отличающийся тем, что электропроводящая добавка состоит из нановолокнистого углерода, а в качестве активного угля использован терморасширенный графит.
RU2017119144U 2017-05-31 2017-05-31 Суперконденсатор RU175936U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119144U RU175936U1 (ru) 2017-05-31 2017-05-31 Суперконденсатор

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119144U RU175936U1 (ru) 2017-05-31 2017-05-31 Суперконденсатор

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU175936U1 true RU175936U1 (ru) 2017-12-25

Family

ID=63853573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017119144U RU175936U1 (ru) 2017-05-31 2017-05-31 Суперконденсатор

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU175936U1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU182720U1 (ru) * 2018-01-24 2018-08-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) Гибридный суперконденсатор
RU197699U1 (ru) * 2019-07-03 2020-05-21 Алексей Владимирович Сосунов Гибридный углеродный суперконденсатор
RU2726945C1 (ru) * 2019-12-16 2020-07-17 Общество с ограниченной ответственнотью "ИОН" Плоский суперконденсатор на основе углерод-углеродного нанокомпозита и способ его изготовления
RU2809837C2 (ru) * 2021-12-20 2023-12-19 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна") Плоский тонкий суперконденсатор с низким сопротивлением и способ его изготовления

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2427052C1 (ru) * 2010-04-19 2011-08-20 Открытое акционерное общество Воронежское специальное конструкторское бюро "Рикон" (ОАО ВСКБ "Рикон") Электродный материал для конденсатора электрического, способ его изготовления и суперконденсатор электрический
US20130045427A1 (en) * 2011-08-19 2013-02-21 Nanoteck Instruments, Inc. Prelithiated current collector and secondary lithium cells containing same
CN104701024A (zh) * 2014-12-29 2015-06-10 宁波南车新能源科技有限公司 一种混合型超级电容器
RU2554933C1 (ru) * 2014-01-09 2015-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "АкКо Лаб" Композиционный углеродсодержащий материал для химического источника тока и способ его получения
TW201707027A (zh) * 2011-02-21 2017-02-16 日本蓄電器工業股份有限公司 電極用集電體、非水電解質蓄電池用正極電極、非水電解質蓄電池用負極電極、非水電解質蓄電池、非水電解質電雙層電容器用電極、非水電解質電雙層電容器、非水電解質混合式電容器用正極電極、非水電解質混合式電容器用負極電極及非水電解質混合式電容器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2427052C1 (ru) * 2010-04-19 2011-08-20 Открытое акционерное общество Воронежское специальное конструкторское бюро "Рикон" (ОАО ВСКБ "Рикон") Электродный материал для конденсатора электрического, способ его изготовления и суперконденсатор электрический
TW201707027A (zh) * 2011-02-21 2017-02-16 日本蓄電器工業股份有限公司 電極用集電體、非水電解質蓄電池用正極電極、非水電解質蓄電池用負極電極、非水電解質蓄電池、非水電解質電雙層電容器用電極、非水電解質電雙層電容器、非水電解質混合式電容器用正極電極、非水電解質混合式電容器用負極電極及非水電解質混合式電容器
US20130045427A1 (en) * 2011-08-19 2013-02-21 Nanoteck Instruments, Inc. Prelithiated current collector and secondary lithium cells containing same
RU2554933C1 (ru) * 2014-01-09 2015-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "АкКо Лаб" Композиционный углеродсодержащий материал для химического источника тока и способ его получения
CN104701024A (zh) * 2014-12-29 2015-06-10 宁波南车新能源科技有限公司 一种混合型超级电容器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU182720U1 (ru) * 2018-01-24 2018-08-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) Гибридный суперконденсатор
RU197699U1 (ru) * 2019-07-03 2020-05-21 Алексей Владимирович Сосунов Гибридный углеродный суперконденсатор
RU2726945C1 (ru) * 2019-12-16 2020-07-17 Общество с ограниченной ответственнотью "ИОН" Плоский суперконденсатор на основе углерод-углеродного нанокомпозита и способ его изготовления
RU2809837C2 (ru) * 2021-12-20 2023-12-19 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна") Плоский тонкий суперконденсатор с низким сопротивлением и способ его изготовления
RU2818759C1 (ru) * 2023-11-22 2024-05-06 Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" Электрохимический ионистор для рекуперации электрической энергии

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. The way to improve the energy density of supercapacitors: Progress and perspective
Heo et al. Optimization of the pore structure of PAN-based carbon fibers for enhanced supercapacitor performances via electrospinning
KR100675923B1 (ko) 금속산화물 복합 나노 활성탄소섬유와 이를 이용한전기이중층 슈퍼캐퍼시터용 전극 및 그 제조 방법
Pandolfo et al. Carbon properties and their role in supercapacitors
RU2381586C2 (ru) Электрод и коллектор тока для электрохимического конденсатора с двойным электрическим слоем и формируемый с ними электрохимический конденсатор с двойным электрическим слоем
Kim Electrochemical characterization of electrospun activated carbon nanofibres as an electrode in supercapacitors
RU175936U1 (ru) Суперконденсатор
US20030202316A1 (en) Electric double layer capacitor
CN103295798A (zh) 一种多孔复合碳材料及其应用
JPH07105316B2 (ja) 電気二重層コンデンサ用分極性電極及びその製造方法
RU2427052C1 (ru) Электродный материал для конденсатора электрического, способ его изготовления и суперконденсатор электрический
JPWO2013073526A1 (ja) 蓄電デバイス用電極、蓄電デバイスおよび蓄電デバイス用電極の製造方法
JPH10507881A (ja) 二層コンデンサー
KR20090009191A (ko) 부직포 재료 및 부직포 재료로 제조한 전극
Zhang et al. Effects of sodium alginate on the composition, morphology, and electrochemical properties of electrospun carbon nanofibers as electrodes for supercapacitors
US10276312B2 (en) High surface area carbon materials and methods for making same
Li et al. Carbon electrode with conductivity improvement using silver nanowires for high-performance supercapacitor
CN115512980A (zh) 超级电容器用的非水电解质
Rodrigues et al. Ag@ Activated carbon felt composite as electrode for supercapacitors and a study of three different aqueous electrolytes
Sudhakar et al. Mesoporous materials for high-performance electrochemical supercapacitors
KR102553196B1 (ko) 울트라 커패시터용 전극 어셈블리
JP2014064030A (ja) 電気化学キャパシタ
JP2004006803A (ja) 電気二重層キャパシタ
RU2686690C1 (ru) Пленочный конденсатор
RU98846U1 (ru) Суперконденсатор с двойным электрическим слоем

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200601